专利名称：高效导向筛板塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气液传质、传热过程的板式塔设备，特别是对筛板塔塔板的改进。
背景技术：
当板式塔用于传质过程时，由于物料在塔板上需要从上游向下游流动，这样就有一个液位落差，而且如果物料粘度越大，液流路线越长，液位落差就越大。液位落差的存在，致使上游物料液层厚实而下游物料液层较薄，这样在上游上升气体难以穿过塔板引起塔板上液体鼓泡，在下游气速过大会将过薄的液层吹开，气液在塔板上不能均匀流动，降低了塔板效率和生产能力。所以如何使气液在各塔板上均匀流动是板式塔设计的关键。中国专利912070846公开了一种低温精馏塔导向筛板，该专利在塔板上除均匀分布有筛孔外，还均匀分布有导向孔，且该导向孔的对称中心线与筛板平面的垂直线构成锐角，这样使通过该孔的气流向上方倾斜喷出，利用气体斜喷时在水平方向的分量推动液体沿塔板流动，使筛板上的整个液层的厚度差减小，达到改善气液分布均匀的作用。但是该专利采用同向、均匀分布的导向孔，不能完全满足塔板液流均匀、稳定分布的需要，因为通常在圆形塔板中间液体流动较快，而两侧液体流动较慢，尤其在塔板两侧的弓形区域内液流不均匀，甚至会使两侧出现液相返混，降低塔板效率。另外，从导向孔斜向上方喷出的气流容易带着雾滴进入上层塔板，造成雾沫夹带现象。除此之外，该专利没有克服目前常用的塔板存在的“非活化区”问题，即在液流的上游区域，由于液体在从降液管流下的过程中，释放了所含的气体，因此刚进入上游区域的液体是实在的液体，难以被上升的气体穿过而形起鼓泡(气液是在鼓泡表面进行传质的)，这样在塔板上形成“非活化区”，一般达30％左右，极大的影响塔板效率和生产能力。当液面梯度较大，大到降液管内液体达到上层塔板上溢流堰时，就会出现液泛，此时上层塔板的液体流不下来，整个塔上每层塔板的液体都流不下来，塔的操作陷入瘫痪状态，需要停车处理。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，解决塔板不同区域气液稳定、均匀分布及减少塔板“非活化区”等影响塔板效率的技术问题，设计出一种高效导向筛板，从而大幅度提高导向筛板塔的分离效率和生产能力，同时可以防止堵塔和液泛发生，尤其适合高粘度物料的精馏。
本发明采取的主要技术方案包括塔板、塔体、塔板上有受液盘、降液管、溢流堰，在开有筛孔的塔板上设有导向孔，每个导向孔为侧面开缝并与塔板相连的凸起，且开缝的水平中心线与塔板水平方向平行，使导向孔喷出的气体完全沿水平方向推动液体前进。在塔板的不同区域，导向孔呈非均匀分布，且其对称中心线与塔板的溢流堰中心线方向有0-90°转角，促使塔板上不同区域液流分布均匀、稳定。从塔板不同区域的气液动量衡算出发，导向孔的分布及转角按照从导向孔喷出的气体推动液体前进，传递给液体的动量与液体克服前进阻力所需要的动量相等的原则布置。此外，为了有效的减少“非活化区”，本发明在塔板上设有凸起的斜台状鼓泡促进器，将上游区域的液层厚度降低，同时使液流的迹径发生变化，诱导和促进液体发生鼓泡。该促进器背流面与塔板的水平方向呈1-30°倾角。
除此之外，本发明在塔板上设有诱导液体向两侧弓形区域流动的导流板。使塔板流动均匀。
溢流堰上开有缺口，控制液流路径，起到均布的作用。
上述的导向孔分布及转角布置按照以下塔板上液体不同区域的流速分布公式确定∂u‾x∂x+∂u‾y∂y=0---(1)]]>ρDu‾xDt=-∂P‾∂x+μt(∂2u‾x∂x2+∂2u‾x∂y2)-1h(τsx+τvx-τvx′)---(2)]]>ρDu‾yDt=-∂P‾∂y+μt(∂2u‾y∂y2+∂2u‾y∂x2)-1h(τsy+τvy-τvy′)---(3)]]>公式中
P——流动微元体所受的压力；ρ——液体密度； ——速度u对t的随体导数； μt——湍流粘性系数；ux，uy——液体的速度向量； h——液层高度；τsx，τsy——单位面积板面对流动微元体的曳力；τvx，τvy——气体穿过液层时单位面积板面每秒带走的动量；τvx，τvy——导向孔气体每秒带入液层中的动量；上述塔板导向孔对称中心线与塔板的溢流堰中心线方向的转角在塔板中心区域呈0-30°范围变化，在两侧弓形区域呈0-90°范围变化。
上述凸起的斜台状鼓泡促进器是截面为三角形凸起斜台。
上述导向孔与塔板相连的凸起呈圆弧过渡，至使开缝水平中心线与塔板水平方向平行。
本发明的效果1、本发明根据塔板不同区域液流稳定、均匀流动的需要合理设置和分布导向孔，且导向孔的开缝方向与水平方向平行，使从其中喷出的气体，水平推动塔板上液体均匀前进，使其流动接近于“活塞流”，提高了塔板的传质效率。同时，强化物料在塔板上的流动，避免了粘性物料、大直径塔等的液面落差大、易堵塔、液泛、雾沫夹带、液相返混等问题。
2、设在液流上游的鼓泡促进器诱导液体鼓泡，基本消灭了塔板上的“非活化区”(可由30％降至5％左右)。增大了塔板上气泡数量和气液接触面积，大幅度地提高了板效率。同时增大了气液通道和塔的生产能力。
本发明使塔板效率提高20～50％，生产能力提高30～80％以上，提高了产品质量，降低了生产消耗，节能达50％(与鼓泡塔相比)，可扩产100％。且重量轻、成本低，其造价相当于泡罩塔板的40～50％，浮阀塔板的60～70％，降低了一次性投资。
具体实施例方式
图1是本发明导向筛板塔局部结构原理图。
图2是图1的俯视3是鼓泡促进器结构图4是导向孔结构图以下结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1、图2、图3所示本导向筛板塔由塔体6、塔板4、受液盘1、降液管2、导向孔3、鼓泡促进器5、溢流堰内14、溢流外堰13、导流板12组成。在开有筛孔11的塔板上，设有导向孔3，每个导向孔为与塔板相连圆弧过渡的凸起，侧面开缝，且开缝的水平中心线与塔板水平方向平行，使导向孔喷出的气体完全沿水平方向推动液体前进。导向孔呈非均匀分布，在塔板中心区域的导向孔开缝方向与塔板溢流堰中心线方向转角呈0°左右，两侧弓形区域的导向孔开缝方向与塔板溢流堰中心线方向转角呈1-30°不等，塔板各区域的导向孔分布密度及转角布置根据不同区域的流速进行动量衡算，即以从导向孔喷出的气体推动液体前进，传递给液体的动量与液体克服前进阻力所需要的动量相等。不同区域的流速分布公式∂u‾x∂x+∂u‾y∂y=0---(1)]]>ρDu‾xDt=-∂P‾∂x+μt(∂2u‾x∂x2+∂2u‾x∂y2)-1h(τsx+τvx-τvx′)---(2)]]>ρDu‾yDt=-∂P‾∂y+μt(∂2u‾y∂y2+∂2u‾y∂x2)-1h(τsy+τvy-τvy′)---(3)]]>公式中ρ——液体密度； P——流动微元体所受的压力； ——速度u对t的随体导数； μt——湍流粘性系数；ux，uy——液体的速厦向量；h——液层高度；τsx，τsy——单位面积板面对流动微元体的曳力；τvx，τvy——气体穿过液层时单位面积板面每秒带走的动量；τvx，τvy——导向孔气体每秒带入液层中的动量；此外，为了有效的减少“非活化区”，本发明在塔板上游区域设有凸起的斜台状鼓泡促进器5，将上游区域的液层厚度降低，同时使液流的迹径发生变化，诱导和促进液体发生鼓泡。该促进器背流面与塔板的水平方向呈1-30°倾角。
本发明导向筛板塔的工作过程如下自上层塔板降液管2流下的液体，经过塔板4上游鼓泡促进器5时厚度被减薄，同时被诱导出现气泡，沿塔板向下游流动。气体从塔板4下方以一定的气速通过塔板上的导向孔3和筛孔11，通过筛孔的气体继续上升至上一层塔板。通过导向孔的气体水平前进，将动能传递给液体，从而推动液体沿水平方向均匀稳定流动至更下一层塔板，气体则上升至上一层塔板，完成一个塔板的传质过程。理论上已证明，当液体沿塔板均匀流动接近于“活塞流”时，塔板的分离效率最高；本发明中合理设置和分布导向孔，使从其中喷出的气体，水平推动塔板上液体均匀前进，使其流动接近于“活塞流”，提高了塔板的传质效率。同时，本发明强化物料在塔板上的流动，避免了粘性物料、大直径塔等的液面落差大、易堵塔、液泛等问题。设在液流上游的鼓泡促进器诱导液流鼓泡，基本消灭了塔板上的“非活化区”，增大了塔板上气泡数量和气液接触面积，大幅度地提高了塔板效率。根据实验本塔板传质效率是75～95％，阻力降约为10～40mm水柱/板。同时增大了气液通道和塔的生产能力。本发明可根据实际工艺要求设计塔体直径和安装塔板层数。
实施例1在塔径为1200mm的导向筛板塔中，进行甲醇-水精馏分离，塔板上导向孔分布用上述的动量衡算公式计算得出，塔板中间区域导向孔开孔率为2～4％，与溢流堰中心线方向转角在0°～30°之间变化，两侧弓形区域导向孔开孔率为4～10％，与溢流堰中心线方向转角在0°～90°之间变化，鼓泡促进器设在每一层塔板液流的上游区域，其截面为三角状的凸起斜台，背流面与塔板的水平方向有7°倾角。除此之外，本发明在塔板上设有诱导液体向两侧弓形区域流动的导流板。使塔板上液体流动均匀。溢流堰上开有缺口，控制液流路径，起到均布的作用。按本实例对原筛板塔进行改造后，扩大生产能力100％，提高分离效率50％，塔顶甲醇质量由98.5％提高到99.9％，塔釜排放残液中甲醇含量由0.05％降至0.01％，回流比由4.28降至1.8，取得大幅度扩产、节能、降耗、提高产品质量的效果。同时塔的操作压力降低10％，进一步稳定了操作。
权利要求
1.一种导向筛板塔，包括塔体(6)、塔板(4)、受液盘(1)、降液管(2)、溢流堰，在开有筛孔的塔板上设有导向孔，其特征在于每个导向孔为侧面开缝并与塔板相连的凸起，且开缝的水平中心线与塔板水平方向平行，使导向孔喷出的气体完全沿水平方向推动液体前进；在塔板的不同区域，导向孔呈非均匀分布，且每个导向孔对称中心线与塔板的溢流堰中心线方向有转角，导向孔的分布及转角以从导向孔喷出的气体推动液体前进，传递给液体的动量与液体克服前进阻力所需要的动量相等的原则布置，在塔板上设有凸起的斜台状鼓泡促进器，鼓泡促进器上亦有筛孔及导向孔。
2.根据权利要求1所述的筛板塔，其特征在于，塔板上导向孔分布及转角布置按照以下的塔板上液体不同区域的流速分布公式确定∂u‾x∂x+∂u‾y∂y=0---(1)]]>ρDu‾xDt=-∂P‾∂x+μt(∂2u‾x∂x2+∂2u‾x∂y2)-1h(τsx+τvx-τvx′)---(2)]]>ρDu‾yDt=-∂P‾∂y+μt(∂2u‾y∂y2+∂2u‾y∂x2)-1h(τsy+τvy-τvy′)---(3)]]>公式中P——流动微元体所受的压力； ρ——液体密度； ——速度u对t的随体导数； μt-湍流粘性系数；ux，uy-液体的速度向量； h——液层高度；τsx，τsy——单位面积板面对流动微元体的曳力；τvx，τvy——气体穿过液层时单位面积板面每秒带走的动量；τvx，τvy——导向孔气体每秒带入液层中的动量；
3.根据权利要求1所述的筛板塔，其特征在于，塔板导向孔对称中心线与塔板的溢流堰中心线方向的转角在塔板中心区域呈0-30°范围变化，在两侧弓形区域呈0-90°范围变化。
4.根据权利要求1所述的筛板塔，其特征在于，导向孔与塔板相连的凸起呈圆弧状过渡，使开缝水平中心线与塔板水平方向平行。
5.根据权利要求1所述的筛板塔，其特征在于，鼓泡促进器背流面与塔板的水平方向呈1-30°倾角。
6.根据权利要求1所述的筛板塔，其特征在于，塔板上设有诱导液体向两侧弓形区域流动的导流板。
7.根据权利要求1所述的筛板塔，其特征在于，溢流堰上开有缺口。
全文摘要
本发明涉及一种高效导向筛板塔。在开有筛孔的塔板上设有导向孔，每个导向孔是与塔板相连的凸起，侧面开缝，且开缝的水平中心线与塔板水平方向平行，使导向孔喷出的气体完全沿水平方向推动液体前进。在塔板的不同区域，导向孔呈非均匀分布，且其对称中心线与塔板的溢流堰中心线方向有转角，促使塔板上不同区域液流分布均匀、稳定。同时在塔板的上游区域设置有鼓泡促进器，将上游区域的液层厚度降低，诱导和促进液体发生鼓泡。提高了传热、传质设备的生产能力和分离效率。
文档编号B01D3/14GK1419946SQ01134859
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月16日 优先权日2001年11月16日
发明者李群生 申请人:北京化工大学